CN107220517B - 一种河流替代生境保护的可行性分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种河流替代生境保护的可行性分析方法，包括以下步骤：(1)建立河流替代生境保护的可行性分析指标体系；(2)收集相关基础数据资料；(3)依次计算指标体系中指标层、子目标层、准则层和目标层的指标得分；(4)根据河流替代生境保护的可行性指数的得分，对照可行性指数等级划分表，确定某一条或某几条支流相对于某干流而言，河流替代生境保护的可行性。本发明的有益之处在于：从替代可行性和保护可行性两个角度，分别提供了支流能否实现替代作用、支流是否具有保护条件的两方面定量评估结果，为选择支流进行替代性保护提供了系统的、易实施的可行性评估方法。

Description

一种河流替代生境保护的可行性分析方法

技术领域

本发明涉及一种可行性分析方法，具体涉及一种河流替代生境保护的可行性分析方法。

背景技术

河流替代生境保护是对干流水电开发造成的各种不利生态影响进行补偿的措施之一。河流替代生境保护着眼于寻求干支流之间最佳的开发与保护格局，从水生生物生境保护的角度出发，通过寻找或营造与拟开发河段生境类似的河流/河段(通常是与开发河段相同的支流)，划定保护区，以原生境保护(或类原生境保护)的形式，保护受干流开发影响的水生生物，维持流域内河流的生态功能。另一方面，保护的支流不仅可以为干流大规模开发后许多可能只能到支流生活的鱼类提供自然繁殖所需的环境，也可为人工增殖放流的鱼苗提供适宜的栖息生境，从而实现对水生生物的有效保护。

国内支流保护的实践是从三峡工程选择赤水河这一长江上游支流进行综合保护开始的。1995年，为论证赤水河建立鱼类保护区的必要性，国务院三峡建设委员会、中科院水生所、农业部渔业局、长江水资源保护科学研究所等相关人员一行，对赤水河流域进行综合科学考察。1999年和2000年，曹文宣院士在全国政协大会上分别提交《建立赤水河长江上游特有鱼类自然保护区》和《为保持茅台酒等名酒特有的品质，建议不要在赤水河干流修建水电工程》的提案。2005年4月，为了保护长江上游珍稀特有鱼类，协调和妥善处理长江上游水电开发尤其是三峡工程建设和金沙江水电开发与保护之间的关系，国务院办公厅批准实施了“长江上游珍稀特有鱼类国家级自然保护区”，将长江上游的一级支流赤水河纳入该自然保护区，禁止赤水河干流建设梯级电站。

继赤水河之后，2007年，华能澜沧江水电有限公司在澜沧江下游重要支流罗梭江建立了鱼类保护区，用以减缓澜沧江中下游梯级水电开发对鱼类资源的影响。该公司还于2012年收购并拆除澜沧江上游支流基独河的四级电站，以保护云南裂腹鱼等珍稀鱼类生境，通过河流连通性恢复、河流蜿蜒形态多样性修复、河流横向断面多样性修复、浅滩—深潭结构营造、人工湿地修复、河道内部栖息地强化修复等多种工程措施，支流的自然生态和鱼类栖息地环境得到一定程度恢复。2014年，三峡集团与四川省凉山州签订黑水河鱼类栖息地保护责任框架协议，将金沙江支流黑水河作为乌东德、白鹤滩水电站鱼类替代生境予以保护。

目前，我国河流替代生境保护的理论研究也处于积极的探索阶段。然而，河流替代生境保护的相关理论方法仍然较为匮乏，研究成果零星。现有河流栖息地保护的理论方法存在如下不足：

(1)现有河流生境保护的可行性分析方法多针对某一特定河流进行可否保护的可行性分析，缺乏针对干流开发情况下，选择和评估某一条或某几条支流进行替代性保护的可行性的系统方法；

(2)现有河流生境保护的可行性分析方法多针对实施保护的可行性进行分析，缺乏支流能否实现对干流替代保护的可行性分析。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种指标意义简单、实际好操作的河流替代生境保护的可行性分析方法。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种河流替代生境保护的可行性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

一、建立河流替代生境保护的可行性分析指标体系

指标体系由目标层、准则层、子目标层和指标构成，具体如下表所示：

二、收集数据资料

根据指标体系收集相关基础数据资料；

三、计算指标

根据指标体系和收集的相关基础数据资料，先计算指标层的指标得分D1-D10，然后计算子目标层的指标得分C1-C4，再计算准则层的指标得分B1-B2，最后汇总计算目标层的指标得分A1；

四、确定河流替代生境保护的可行性

根据河流替代生境保护的可行性指数A1的得分，对照可行性指数等级划分表，确定某一条或某几条支流相对于某干流而言，河流替代生境保护的可行性，其中，可行性指数等级划分表如下所示：

前述的河流替代生境保护的可行性分析方法，其特征在于，在步骤三中，计算指标层的指标得分D1-D10具体如下：

(1)计算水文条件满足度D1

考虑到指标计算的可操作性，采用水文学法中的Tennant法，以多年平均流量为参考依据，区分丰水期和枯水期，计算河道的最小生态流量，计算以多年平均径流量的百分数来描述河道内的流量状态，根据国家环境保护部2006年给出的维持河流健康状况的推荐生态流量，并结合综合评价需要，把最小生态流量划分为5个等级，并对其满足度进行相应赋分，具体如下表所示：

(2)计算水动力条件满足度D2

将全年流速E1、产卵期流速E2、全年水深E3、产卵期水深E4、全年水面宽度E5、产卵期水面宽度E6、全年Fr数E7、产卵期Fr数E8这8个水动力条件划分为5个等级，并对其满足度进行相应赋分，具体如下表所示：

水动力条件满足度D2用下式计算：

D2＝λ₁E1+λ₂E2+λ₃E3+λ₄E4+λ₅E5+λ₆E6+λ₇E7+λ₈E8 (1)

式中，λ₁-λ₈为各自的权重系数；

(3)计算水环境条件满足度D3

根据地表水的分类，并结合综合评分需要，将水环境条件划分为5类，并对其满足度得分进行赋值，具体如下表所示：

指标等级	地表水环境质量类别	水环境条件满足度总体评价	D3得分赋值
				1	国标I类水	好	(0.8，1]
2	国标II类水	良好	(0.6，0.8]
				3	国标III类水	一般	(0.4，0.6]
4	国标IV类水	较差	(0.2，0.4]
				5	国标V类水	极差	[0，0.2)

(4)计算地形地貌条件满足度D4

为综合评分需要，将地形地貌条件划分为5类，并对其满足度得分进行赋值，具体如下表所示：

(5)计算保护物种数量D5

计算支流中存在的、在干流中被列为保护物种的物种数量D5_支流；

计算干流中被列为保护物种的物种数量D5_干流；

(6)计算干支流纵向连通性D6

干支流纵向连通性D6用简单的0和1表示，0表示不连通，1表示连通；

(7)计算河岸稳定性D7、河床稳定性D8、水土流失强度D9和洪水灾害频率D10为定量评价，将河岸稳定性D7、河床稳定性D8、水土流失强度D9和洪水灾害频率D10的状态程度划分为5级，其对应的得分赋值如下表所示：

前述的河流替代生境保护的可行性分析方法，其特征在于，计算子目标层的指标得分C1-C4具体如下：

(1)计算生境满足度C1

生境满足度C1用下式表示：

C1＝α₁D1+α₂D2+α₃D3+α₄D4 (2)

式中，0≤C1≤1，α₁、α₂、α₃、α₄为各自的权重系数；

(2)计算保护物种丰富度C2

保护物种丰富度C2用下式计算：

式中，0≤C2≤1；

(3)计算干支流连通性C3

干支流连通性C3用下式计算：

C3＝D6

(4)计算生境稳定性C4

生境稳定性C4用下式计算：

C4＝α₇D7+α₈D8+α₉D9+α₁₀D10 (4)

式中，α₇-α₁₀为各自的权重系数。

前述的河流替代生境保护的可行性分析方法，其特征在于，计算目标层的指标得分A1具体如下：

目标层的指标得分A1由替代可行性B1和保护可行性B2两个指数综合表征，用下式计算：

A1＝γ₁B1+γ₂B2＝β₁C1+β₂C2+β₃C3+β₄C4 (5)

式中，0≤A1≤1，γ₁、γ₂为B1、B2这两个指标各自的权重系数，β₁、β₂、β₃、β₄为C1、C2、C3、C4这四个指标各自的权重系数。

前述的河流替代生境保护的可行性分析方法，其特征在于，前述权重系数α₁-α₄、α₇-α₁₀、β₁-β₄、γ₁-γ₂、λ₁-λ₈均根据常规的层次分析法、最小二乘法、熵权法、专家打分法或平均权重法确定。

本发明的有益之处在于：

1、在干流(如长江干流、金沙江干流等)水电开发的大背景下，可为选择支流进行替代性保护提供系统的、易实施的可行性评估方法；

2、可从替代可行性和保护可行性两个角度，分别提供支流能否实现替代作用、支流是否具有保护条件的两方面定量评估结果。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作具体的介绍。

一、建立河流替代生境保护的可行性分析指标体系

根据河流替代生境保护的内涵，要实现河流替代生境的保护，首先拟保护的河流生境需要具备一定的生境条件，能够在一定程度上实现替代效果，其次需要具备一定的保护条件。

河流替代生境保护的可行性分析，是对备选河流(支流)进行初步筛选的过程。基于此目的，在进行河流替代生境保护的可行性分析时，需从理论和技术角度，筛选具有替代和保护条件的河流(支流)，评判其可行性。

因此，河流替代生境保护的可行性可用替代可行性和保护可行性两个方面来综合表征。

首先，河流支流能否实现替代作用，需考察河流替代生境是否能够满足保护物种的基本栖息条件，同时，需考察是否存在原河流(干流)的保护物种，并具有一定的种群丰度。因此，替代可行性可用生境满足度和保护物种丰富度两个子目标来评价。

其次，支流是否具有替代生境的保护条件，要视其是否与替代的干流相互连通，同时支流生境本身要具有一定的稳定性，因此，保护可行性可用干支流连通性和生境稳定性两个子目标来评价。

在具体指标上，保护物种丰富度是用保护物种数量这一指标来表征的，而生境满足度、干支流连通性和生境稳定性这三个子目标层的具体指标则是根据研究从影响河流替代生境保护的环境要素中选择的。

本发明所建立的河流替代生境保护的可行性分析指标体系如表1所示。

表1河流替代生境保护的可行性分析指标体系

二、计算指标

指标计算上，以定量为主，定性为辅。

1、计算生境满足度C1

生境满足度C1是指支流生境对于干流保护物种而言，干流保护物种对栖息环境的满足程度，可用下式表示：

C1＝α₁D1+α₂D2+α₃D3+α₄D4 (2)

式中，C1为生境满足度，0≤C1≤1，C1计算得分越大，表明支流生境对于干流保护物种而言，干流保护物种的生境满足程度越高；D1为水文条件满足度；D2为水动力条件满足度；D3为水环境条件满足度；D4为地形地貌条件满足度；α₁、α₂、α₃、α₄为各自的权重系数，可根据常规的层次分析法、最小二乘法、熵权法、专家打分法、平均权重法等方法确定。

(1)计算水文条件满足度D1

水文条件满足度D1是指为了维持支流最基本生态功能，在一定时间内，支流持续流动的最小生态流量满足程度。

河流水生生物在不同生活史阶段，对水量有不同的需求。在天然情况下，生物生长与水、热同期，在汛期和非汛期对水量的要求也有所不同。根据国内外研究成果，当前计算最小生态流量的常用方法有水文学法、水力学法、栖息地模拟法和整体分析法，其中水文学法应用最为广泛。

考虑到指标计算的可操作性，本发明采用水文学法中的Tennant法，以多年平均流量为参考依据，区分丰水期和枯水期，计算河道的最小生态流量。计算以多年平均径流量的百分数来描述河道内的流量状态，根据国家环境保护部2006年给出的维持河流健康状况的推荐生态流量，并结合综合评价需要，把最小生态流量划分为5个等级，并对其满足度进行相应赋分，具体如表2所示。

表2水文条件满足度D1赋值等级

(2)计算水动力条件满足度D2

水动力条件满足度D2是指支流与干流相比，在全年流速E1、产卵期流速E2、全年水深E3、产卵期水深E4、全年水面宽度E5、产卵期水面宽度E6、全年Fr数E7、产卵期Fr数E8等方面的满足程度。

为了综合评价需要，本发明将这些水动力条件划分为5个等级，并对其满足度进行相应赋分，具体如表3所示。

表3水动力条件满足度D2赋值等级

水动力条件满足度D2可用下式计算：

D2＝λ₁E1+λ₂E2+λ₃E3+λ₄E4+λ₅E5+λ₆E6+λ₇E7+λ₈E8 (1)

式中，λ₁-λ₈为各自的权重系数，可根据常规的层次分析法、最小二乘法、熵权法、专家打分法、平均权重法等方法确定。

(3)计算水环境条件满足度D3

水环境条件满足度D3是指支流地表水的环境质量满足程度。

水质的理化参数能够直接反映河流水环境条件的优劣状态，具有检测速度快、操作便捷等有点，常被用于河流的水环境评价中。

根据地表水水域环境功能和保护目标，并参照《国家地表水环境质量标准(GB3838-2002)》的标准限制，将地表水划分为5类：

I类主要适用于源头水、国家自然保护区；

II类主要适用于集中式生活饮用水、地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚幼鱼索饵场等；

III类主要适用于集中式生活饮用水、地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区；

IV类主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；

V类主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。

根据地表水的上述5个分类，并结合综合评分需要，本发明将水环境条件也划分为5类，并对其满足度得分进行赋值，具体如表4所示。

表4水环境条件满足度赋值等级

指标等级	地表水环境质量类别	水环境条件满足度总体评价	D3得分赋值
				1	国标I类水	好	(0.8，1]
2	国标II类水	良好	(0.6，0.8]
				3	国标III类水	一般	(0.4，0.6]
4	国标IV类水	较差	(0.2，0.4]
				5	国标V类水	极差	[0，0.2)

(4)计算地形地貌条件满足度D4

地形地貌条件满足度D4是指支流在蜿蜒度、河床比降、断面形态、浅滩深潭单元等地貌条件的多样性方面的满足程度。

为综合评分需要，本发明将地形地貌条件划分为5类，并对其满足度得分进行赋值，具体如表5所示。

表5地形地貌条件满足度赋分等级

2、计算保护物种丰富度C2

保护物种丰富度C2是指支流中存在的、在干流中被列为保护物种的物种丰富程度。

保护物种数量D5是指支流中存在的、在干流中被列为保护物种的物种数量。

保护物种丰富度C2可用下式计算：

式中，C2为保护物种丰富度，0≤C2≤1，C2计算得分越大，表明支流中保护物种的丰富度越高；D5_支流为支流中存在的、在干流中被列为保护物种的物种数量；D5_干流为干流中被列为保护物种的物种数量。

3、计算干支流连通性C3

干支流连通性C3是指拟开发的干流与拟作为替代生境的支流必须保持连通性，才能保证鱼类在干流受到开发时能够前往支流避难、栖息和繁殖，同时也保证河流系统在物质、能量和信息等方面的流动保持畅通性。这里，干支流连通性C3仅考虑干支流纵向的连通性D6，暂不考虑干支流间河流横向的连通性。

干支流纵向连通性D6用简单的0和1表示，0表示不连通，1表示连通，此处指标C3＝D6。

4、计算生境稳定性C4

生境稳定性C4是指支流的淤积与冲刷保持良好的动态平衡，河岸与河床保持相对稳定，洪水频率适中，无频繁的河岸坍塌、滑坡和严重的水土流失现象，对河流生物而言，是稳定的生境。

生境稳定性C4可用下式计算：

C4＝α₇D7+α₈D8+α₉D9+α₁₀D10 (4)

式中，α₇-α₁₀为D7-D10各自的权重系数，可根据常规的层次分析法、最小二乘法、熵权法、专家打分法、平均权重法等方法确定，D7是河岸稳定性，D8是河床稳定性，D9是水土流失强度，D10是洪水灾害频率。

为定量评价，本发明将河岸稳定性D7、河床稳定性D8、水土流失强度D9和洪水灾害频率D10的状态程度划分为5级，其对应的得分赋值如表6所示。

表6 D7-D10赋分等级

5、计算可行性指数A1

可行性指数A1是综合反映河流替代生境保护的整体可行性的指数，由替代可行性B1和保护可行性B2两个指数综合表征。

可行性指数A1可用下式计算：

A1＝γ₁B1+γ₂B2＝β₁C1+β₂C2+β₃C3+β₄C4 (5)

式中，A1为河流替代生境保护的可行性指数，0≤A1≤1，A1计算得分越大，表明支流对于干流而言，替代生境保护的综合可行性越大；B1为替代可行性，B2为保护可行性，γ₁、γ₂为B1、B2这两个指标各自的权重系数，可根据常规的层次分析法、最小二乘法、熵权法、专家打分法、平均权重法等方法确定；β₁、β₂、β₃、β₄为C1、C2、C3、C4这四个指标各自的权重系数，可根据常规的层次分析法、最小二乘法、熵权法、专家打分法、平均权重法等方法确定。

为定量评价，根据计算出的可行性指数A1得分，对河流替代生境保护的可行性进行等级划分，具体划分情况如表7所示。

表7可行性指数等级划分

为了能够让大家对本发明的方法有更深刻的理解，下面结合金沙江下游(干流)和赤水河(支流)对本发明的方法进行详细说明。

一、收集数据资料

根据表1的指标体系收集金沙江下游(干流)和赤水河(支流)的相关基础数据资料，如水文、水动力、水环境、地形地貌、保护鱼类数量、河岸稳定性、河床稳定性、水土流失强度、洪水灾害频率等基础数据。

二、计算指标层的指标得分D1-D10

1、计算水文条件满足度D1

据观测资料，赤水河赤水水文站多年平均流量为252m³/s。本发明以赤水站2001年-2010年月平均流量作为近年最小生态流量满足度的评价依据。

枯水期和丰水期近年的月平均流量、月平均流量占多年平均流量的比例，以及赤水河水文条件满足度如表8所示。

表8赤水河水文条件满足度评价结果

从表8中可以看出，赤水河在枯水期的水文条件满足度基本处于“良好”等级，在丰水期基本处于“好”等级，近年来水文条件满足度D1平均得分为0.8。

2、计算水动力条件满足度D2

(1)全年流速E1和产卵期流速E2

根据1972年-1979年的水动力模型数据，计算全年范围内及产卵期内金沙江下游与赤水河多年平均的流速频次分布。

结果显示：在全年范围内，金沙江干流的流速分布主要集中在1.4m/s-4m/s区间，而赤水河的流速分布主要集中在0.2m/s-0.8m/s区间；在4月-7月产卵期内，金沙江干流的流速分布主要集中在1.4m/s-4m/s区间，赤水河的流速分布主要集中在0.2m/s-0.8m/s区间，整体流速的频次分布与全年情况类似，仅在不同区间流速出现频次的比例有所不同。

整体来看，金沙江下游和赤水河在流速频次分布上差异较大，但是，从生物的角度出发，根据相关文献对鱼类偏好流速、克流极限流速的记载，鱼类栖息繁殖的流速需求一般小于2m/s，因此，赤水河仍然可以满足大多数鱼类的流速需求。

整体上，赤水河在全年范围及产卵期内的流速频次分布总体评价为“较差”等级，全年流速E1和产卵期流速E2得分赋值均为0.3。

(2)全年水深E3和产卵期水深E4

根据1972年-1979年的水动力模型数据，计算全年范围内及产卵期内金沙江下游与赤水河多年平均的水深频次分布。

结果显示：在全年范围内，金沙江干流的水深分布主要集中在3m-12m区间，而赤水河的水深分布主要集中在0m-9m区间；在4月-7月产卵期内，金沙江干流的流速分布主要集中在3m-12m区间，赤水河的流速分布也主要集中在3m-12m区间，整体水深的频次分布与全年情况类似，仅在不同区间水深出现频次的比例有所不同。

整体来看，金沙江下游和赤水河在水深频次分布上相似程度较高，因此，赤水河在大多数情况下可以满足金沙江下游鱼类的水深需求。

整体上，赤水河在全年范围及产卵期内的水深频次分布总体评价为“较好”等级，全年水深E3和产卵期水深E4得分赋值均为0.7。

(3)全年水面宽度E5和产卵期水面宽度E6

根据1972年-1979年的水动力模型数据，计算全年范围内及产卵期内金沙江下游与赤水河多年平均的水面宽度频次分布。

结果显示：在全年范围内，金沙江干流的水面宽度分布主要集中在100m-250m区间，而赤水河的水面宽度分布主要集中在0m-150m区间；在4月-7月产卵期内，金沙江干流的水面宽度分布主要集中在100m-250m区间，赤水河的流速分布也主要集中在50m-150m区间。

整体来看，金沙江下游和赤水河在水面宽度频次分布上相似程度较高，因此，赤水河在大多数情况下可以满足金沙江下游鱼类的水面宽度需求。

整体上，赤水河在全年范围及产卵期内的水面宽度频次分布总体评价为“较好”等级，全年水面宽度E5和产卵期水面宽度E6得分赋值均为0.7。

(4)全年Fr数E7和产卵期Fr数E8

根据1972年-1979年的水动力模型数据，计算全年范围内及产卵期内金沙江下游与赤水河多年平均的弗劳德数Fr频次分布。

结果显示：在全年范围内，金沙江干流的Fr分布主要集中在0.2-0.5区间，而赤水河的Fr分布主要集中在0-0.15区间；在4月-7月产卵期内，金沙江干流的水面宽度分布主要集中在0.2-0.5区间，赤水河的流速分布也主要集中在0.05-0.2区间。

整体来看，金沙江下游和赤水河在Fr频次分布上相似程度较低，金沙江下游整体上Fr偏大，赤水河的Fr偏小，这表明金沙江下游的水流多数较为湍急，而赤水河的水流则相对缓和。

整体上，赤水河在全年范围及产卵期内的水深频次分布总体评价为“一般”等级，全年Fr数E7和产卵期Fr数E8得分赋值均为0.5。

赤水河水动力条件满足度D2按下式计算：

从计算结果可以看出，赤水河水动力条件满足度D2得分为0.55。

3、计算水环境条件满足度D3

根据赤水河赤水水文站2006年-2009年的水质监测数据，水质监测频率为每月一次，主要监测指标有pH、DO、NH₃-N、NO₃-N、COD_Mn、P、Hg、Pb、As、Cr⁶⁺、NO₃-N、Hg、Cd、挥发酚和石油类等，评价标准依据《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)。

结果显示：As、Cr⁶⁺、NO₃-N、Hg、Cd、挥发酚和石油类均达到地表水质Ⅱ类标准；研究年份内溶解氧的平均值在7.92-8.73之间(DO范围是5.81-11.8)，变幅不大，超过Ⅱ类水质标准；研究年份内pH平均值在8.15-8.25之间变化(pH在6-9之间)，水质不存在过酸或过碱的情况，水质稳定；2006年-2009年磷P的变化范围是0.01-0.18mg/L，平均值的变化范围是0.02-0.08，除个别月份达到Ⅲ类标准，大部分月份内水质整体较好，符合Ⅱ类水质标准的要求；监测年份内，氨氮NH₃-N含量较低，不存在水体富营养化问题，2007年-2009年的氨氮含量远远低于地表水Ⅰ类标准，(≤0.15)，水质很好；赤水河所在流域，高锰酸盐指数COD_Mn基本满足地表水Ⅰ类标准(≤2)，不存在有机物污染；铅含量满足地表水Ⅲ类标准的要求，存在轻微的铅污染；铜含量稍大于Ⅰ类标准的要求(≤0.01)，远远小于地表水Ⅱ类水质标准(≤1)，赤水河不存在铜污染；汞含量未超标，符合Ⅰ类标准的要求。

整体而言，赤水河水质处于国标Ⅱ类水标准，水环境条件满足度总体评价为“良好”，水环境条件满足度D3得分赋值为0.8。

4、计算地形地貌条件满足度D4

赤水河下游的合江-赤水江段，其蜿蜒程度最高，蜿蜒度达1.93，中游的赤水-茅台江段次之，平均蜿蜒度为1.52，上游的茅台-果珠江段，平均蜿蜒度为1.48，整个赤水河干流的蜿蜒度均较高。赤水河上游段河底坡降最大，平均河床比降达0.0022，中游段次之，平均河床比降为0.0009，下游段平均河床比降为0.0004，整体上赤水河干流河床比降相对较陡。赤水河河道断面多呈现V型，其所占比例达61.0％，U型断面所占比例为27.2％，W型断面所占比例为11.8％，和金沙江下游河段类似，均属典型的山区河流地形。

根据现场踏勘和水下地形测量结果，赤水河存在丰富的浅滩、深潭、矶头、突缩突扩等河流地形，生境多样性较高。

整体而言，赤水河地形地貌条件满足度总体评价为“良好”，地形地貌条件满足度D4得分赋值为0.8。

5、计算保护物种数量D5和护物种丰富度C2

据相关历史资料及近年野外调查结果，赤水河分布土著鱼类7目18科81属141种(亚种)，金沙江下游河段分布土著鱼类4目10科55属89种(亚种)。

从重点保护物种来看，金沙江下游河段分布有有圆口铜鱼、长鳍吻鮈、裸体异鳔鳅鮀、鲈鲤、四川白甲鱼、短须裂腹鱼、长丝裂腹鱼、齐口裂腹鱼、细鳞裂腹鱼、四川裂腹鱼、岩原鲤、长薄鳅和前臀鮡13种重点保护对象，即D5_干流＝13，而赤水河分布有金沙江下游重点保护对象有圆口铜鱼、长鳍吻鮈、鲈鲤、四川白甲鱼、短须裂腹鱼、齐口裂腹鱼、细鳞裂腹鱼、四川裂腹鱼、岩原鲤和长薄鳅10种，即D5_支流＝10。

赤水河保护物种丰富度C2可由下式计算：

6、计算干支流纵向连通性D6和干支流连通性C3

赤水河在四川省合江县汇入长江干流，而金沙江下游为长江干流的上游江段，从流域角度，赤水河与金沙河段相互连通。因此，赤水河与金沙河段的干支流纵向连通性D6得分赋值为1。

干支流连通性C3＝D6＝1。

7、计算河岸稳定性D7、河床稳定性D8、水土流失强度D9、洪水灾害频率D10

根据遥感调查，赤水河流域水土流失面积9521.84km²，占流域土地总面积的49.85％。其中，轻度流失面积4401.06km²，占流失面积46.22％；中度流失面积3610.42km²，占流失面积38.97％；强烈流失面积1277.75km²，占流失面积13.42％；极强烈流失面积130.56km²，占流失面积1.37％；剧烈流失面积2.07km²，占流失面积0.02％。强烈以上流失面积为1410.78km²，占流失面积14.81％。年平均土壤侵蚀量0.26亿t，平均侵蚀模数为2723t/(km²·a)。

赤水河洪水由流域内的暴雨产生，由于该区域暴雨强度不是很大，所以洪水的峰量也不是很高。根据茅台水文站实测1974年、1983年、1985年、1992年洪水过程分析，茅台河段一次洪水总历时为5天-7天，涨洪历时为7h-12h，洪水过程呈双峰或多峰型。从茅台水文站与上游赤水河水文站34年的同次洪水发生时间分析，有15年是赤水河站与茅台站同时涨水，其他19年洪水则只是茅台河段涨水，而赤水河上游没有涨水，主要是区间涨水造成。近年来，受地方重视及“长治”等生态治理工程的开展，流域内日趋严重的水土流失态势得到了缓解，主河槽相对稳定，河岸、河床冲淤达到一定的动态平衡。

整体而言，赤水河流域在河岸稳定性、河床稳定性方面的总体评价为“良好”，河岸稳定性D7、河床稳定性D8得分赋值均为0.7；水土流失强度方面的总体评价为“一般”，水土流失强度D9得分赋值为0.4；洪水灾害频率方面的总体评价为“良好”，洪水灾害频率D10得分赋值为0.7。

三、计算可行性分析指标体系中不同层级权重系数

本发明应用层次分析法，根据赤水河与金沙江下游生境的实际情况，按照九标度法构造元素与子系统间重要性比较矩阵，以此计算各层级权重系数，可行性分析指标体系中不同层级权重系数计算结果如表9所示。

表9可行性分析指标体系不同层级的权重系数

四、计算子目标层、准则层和目标层的指标得分

根据指标层的指标得分D1-D10和表9中的不同层级的权重系数，计算子目标层的生境满足度C1、护物种丰富度C2、干支流连通性C3和生境稳定性C4，进而计算准则层的替代可行性B1、保护可行性B2和目标层的可行性指数A1。计算结果如表10所示。

表10赤水河作为金沙河段替代生境保护的可行性指数

从表10中可以看出，赤水河作为金沙河段的替代可行性B1得分为0.740，保护可行性B2得分为0.734，可行性指数A1得分为0.737。

五、确定河流替代生境保护的可行性

根据河流替代生境保护的可行性指数A1的得分，对照可行性指数等级划分表(表7)，确定河流替代生境保护的可行性等级。

赤水河作为金沙干流替代生境保护的可行性指数A1的计算结果为0.737，属于“可行”等级。

因此，赤水河可作为金沙河段的替代生境进行重点保护。

由此可见，本发明从替代可行性和保护可行性两个角度，分别提供了支流能否实现替代作用、支流是否具有保护条件的两方面定量评估结果，为选择支流进行替代性保护提供了系统的、易实施的可行性评估方法。

需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种河流替代生境保护的可行性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

一、建立河流替代生境保护的可行性分析指标体系

指标体系由目标层、准则层、子目标层和指标构成，具体如下表所示：

二、收集数据资料

根据指标体系收集相关基础数据资料；

三、计算指标

根据指标体系和收集的相关基础数据资料，先计算指标层的指标得分，然后计算子目标层的指标得分，再计算准则层的指标得分，最后汇总计算目标层的指标得分；

四、确定河流替代生境保护的可行性

根据河流替代生境保护的可行性指数A1的得分，对照可行性指数等级划分表，确定某一条或某几条支流相对于某干流而言，河流替代生境保护的可行性，其中，可行性指数等级划分表如下所示：

2.根据权利要求1所述的河流替代生境保护的可行性分析方法，其特征在于，在步骤三中，计算指标层的指标得分D1-D10具体如下：

(1)计算水文条件满足度D1

考虑到指标计算的可操作性，采用水文学法中的Tennant法，以多年平均流量为参考依据，区分丰水期和枯水期，计算河道的最小生态流量，计算以多年平均径流量的百分数来描述河道内的流量状态，根据国家环境保护部2006年给出的维持河流健康状况的推荐生态流量，并结合综合评价需要，把最小生态流量划分为5个等级，并对其满足度进行相应赋分，具体如下表所示：

(2)计算水动力条件满足度D2

将全年流速E1、产卵期流速E2、全年水深E3、产卵期水深E4、全年水面宽度E5、产卵期水面宽度E6、全年Fr数E7、产卵期Fr数E8这8个水动力条件划分为5个等级，并对其满足度进行相应赋分，具体如下表所示：

水动力条件满足度D2用下式计算：

D2＝λ₁E1+λ₂E2+λ₃E3+λ₄E4+λ₅E5+λ₆E6+λ₇E7+λ₈E8 (1)

式中，λ₁-λ₈为各自的权重系数；

(3)计算水环境条件满足度D3

根据地表水的分类，并结合综合评分需要，将水环境条件划分为5类，并对其满足度得分进行赋值，具体如下表所示：

(4)计算地形地貌条件满足度D4

为综合评分需要，将地形地貌条件划分为5类，并对其满足度得分进行赋值，具体如下表所示：

(5)计算保护物种数量D5

计算支流中存在的、在干流中被列为保护物种的物种数量D5_支流；

计算干流中被列为保护物种的物种数量D5_干流；

(6)计算干支流纵向连通性D6

干支流纵向连通性D6用简单的0和1表示，0表示不连通，1表示连通；

(7)计算河岸稳定性D7、河床稳定性D8、水土流失强度D9和洪水灾害频率D10

为定量评价，将河岸稳定性D7、河床稳定性D8、水土流失强度D9和洪水灾害频率D10的状态程度划分为5级，其对应的得分赋值如下表所示：

3.根据权利要求2所述的河流替代生境保护的可行性分析方法，其特征在于，计算子目标层的指标得分C1-C4具体如下：

(1)计算生境满足度C1

生境满足度C1用下式表示：

C1＝α₁D1+α₂D2+α₃D3+α₄D4 (2)

式中，0≤C1≤1，α₁、α₂、α₃、α₄为各自的权重系数；

(2)计算保护物种丰富度C2

保护物种丰富度C2用下式计算：

式中，0≤C2≤1；

(3)计算干支流连通性C3

干支流连通性C3用下式计算：

C3＝D6

(4)计算生境稳定性C4

生境稳定性C4用下式计算：

C4＝α₇D7+α₈D8+α₉D9+α₁₀D10 (4)

式中，α₇-α₁₀为各自的权重系数。

4.根据权利要求3所述的河流替代生境保护的可行性分析方法，其特征在于，计算目标层的指标得分A1具体如下：

目标层的指标得分A1由替代可行性B1和保护可行性B2两个指数综合表征，用下式计算：

A1＝γ₁B1+γ₂B2＝β₁C1+β₂C2+β₃C3+β₄C4 (5)

式中，0≤A1≤1，γ₁、γ₂为B1、B2这两个指标各自的权重系数，β₁、β₂、β₃、β₄为C1、C2、C3、C4这四个指标各自的权重系数。

5.根据权利要求4所述的河流替代生境保护的可行性分析方法，其特征在于，所述权重系数α₁-α₄、α₇-α₁₀、β₁-β₄、γ₁-γ₂、λ₁-λ₈均根据层次分析法、最小二乘法、熵权法、专家打分法或平均权重法确定。